Глава 8. Шумозащита и звукоизоляция в городах и зданиях 580

дует располагать по звукоизоляцион­ному слою сплошной слой водонепро­ницаемой бумаги или другого подобно­го материала с перехлестыванием в стыках не менее чем на 20 см.

При заданной конструкции несу­щей части для увеличения звукоизо­ляции перекрытий с полом на звуко­изоляционном слое рекомендуются следующие меры:

уменьшение динамической жестко­сти звукоизоляционного слоя путем его утолщения или применения мате­риала с меньшим динамическим мо­дулем упругости;

увеличение поверхностной плотно­сти пола;

применение в составе звукоизоля­ционного слоя засыпок из песка, шла­ка и т.п. в дополнение к основному звукоизоляционному материалу;

увеличение средней толщины про­межутка между несущей частью и по­лом.

Двойные стены обычно проектиру­ют с жесткой связью между элемен­тами по контуру ограждения (по пе­риметру или в отдельных точках). Толщину промежутка между элемен­тами следует принимать не менее 4 см.

Для увеличения звукоизоляции двойных стен при заданной конструк­ции их элементов принимают следу­ющие конструктивные меры:

увеличение толщины промежутка между элементами двойной стены;

устранение жесткой связи между элементами двойной стены, а также между конструкциями, примыкающи­ми к ним со стороны изолируемых по­мещений.

В конструкциях каркасно-обши-вочных перегородок следует предус­матривать точечное крепление листов обшивок к каркасу с шагом не менее 300 мм. Если применяются два слоя листов для обшивки, то они не должны быть склеены между собой. Шаг стоек или расстояние между горизонтальны-

ми связями каркаса рекомендуется принимать не менее 60 см.

Для увеличения изоляции воздуш­ного шума стеной (перегородкой), вы­полненной из железобетона, бетона, кирпича и т.п., в отдельных случаях целесообразно использовать дополни­тельную обшивку на относе. В каче­стве материала обшивки могут исполь­зоваться сухая гипсовая штукатурка, асбоцементные листы, твердые древес-но-волокнистые плиты и другие лис­товые материалы, прикрепляемые к стене по каркасу (например, по дере­вянным рейкам). Воздушный проме­жуток между стеной и обшивкой це­лесообразно принимать толщиной 4— 5 см и заполнять звукопоглощающим материалом (минераловатными или стекловолокнистыми плитами и т.п.).

Для обеспечения надлежащей зву­коизоляции особое внимание следует уделять стыкам и узлам. Так, стыки между внутренними ограждающими конструкциями, а также между ними

и другими примыкающими конструк­циями должны быть устроены таким образом, чтобы в них отсутствовали и в процессе эксплуатации здания не возникали сквозные трещины, щели и неплотности, которые снижают звуко­изоляцию ограждений.

Звукопоглощение. В помещениях за счет многократного отражения от внутренних поверхностей ограждений, а также находящихся в нем предметов интенсивность звука, создаваемая ка­ким-либо источником, оказывается на 5—15 дБ более высокой, чем интен­сивность, создаваемая тем же источ­ником, находящимся на открытом воз­духе, при этом существенно меняются тембр и качество звучания. Если в ар­хитектурной акустике увеличение ин­тенсивности уровня связано с регули­рованием условий хорошей слышимо­сти в помещении и может в одинако­вой мере рассматриваться и как полезное, и как вредное, то с позиций защиты от шума всякое увеличение звука в помещении является нежела­тельным.

Обычные строительные материа­лы — стекло, бетон, штукатурка и т.п. в общем случае имеют ничтожно малые коэффициенты звукопоглоще­ния (чаще всего в диапазоне 0,01— 0,05), т.е. практически полностью от­ражают падающие звуковые волны. Поэтому для устранения отраженной части звукового поля требуется при­менение специальных материалов или конструкций, обладающих значитель­но более высокими коэффициентами звукопоглощения и получивших назва­ние звукопоглощающих.

Таким образом, звукопоглощающие материа­лы и конструкции служат для снижения энергии отраженных звуковых волн.

При отражении звуковых волн, падающих на какую-либо поверхность, в той или иной мере про­исходит поглощение звуковой энергии. Отношение отраженной энергии Еогр к падающей Етщ

J2 = Еотр/Егшд (8.12) называется коэффициентом отражения, а отноше­ние поглощенной энергии к падающей

cL ^ш СЕпад — £отр)/£пад (8.13)

называется коэффициентом звукопоглощения данной поверхности.

Из приведенных формул следует, что эти ко­эффициенты связаны между собой соотношени­ем се - 1 — J3 . При падении звуковых волн на открытый проем звуковая энергия не отражается, и коэффициент звукопоглощения ос равен еди­нице.

Под звукопоглощающими конст­рукциями следует понимать устройст­ва, которые служат для поглощения звука. Основное назначение звукопог­лощающих конструкций заключается в снижении энергии отраженных звуко­вых волн при их падении на поверх­ность.

В соответствии с основным назна­чением звукопоглощающие конструк­ции могут служить для обеспечения надлежащего времени реверберации в помещениях различного назначения и надлежащего распределения уровней полезного сигнала по площади поме­щения зрелищного назначения, а так­же для снижения уровней шума в дан­ном помещении и предотвращения распространения звука вдоль протя­женных помещений, шахт и каналов.

Звукопоглощающими следует на­зывать те конструкции, у которых ко­эффициент звукопоглощения сс боль­ше 0,2.

Звукопоглощающие конструкции могут применяться:

в учебных, спортивных, зрелищ­ных и иных зданиях для создания наи­лучших акустических условий воспри­ятия речи и музыки;

в производственных цехах, контор­ских и других помещениях обществен­ного назначения (машинописных бю­ро, машиносчетных станциях, админи­стративных помещениях, ресторанах, залах ожидания вокзалов и аэровок­залов, магазинах, столовых, банках, отделениях связи и т.д.) для умень­шения шума;

в протяженных помещениях типа коридоров (в школах, больницах, го­стиницах и т.д.) для предотвращения распространения шума вдоль них;

в каналах, воздуховодах и шахтах для снижения шума, распространяю­щегося по ним;

в специальных конструкциях глу­шителей шума;

для облицовки выгородок, экранов и кожухов около источников шума, для улучшения звукоизоляционных свойств кожухов и др.;

в специальных звукомерных за­глушённых камерах для создания ус­ловий, близких к условиям свободного поля.

Как обязательное мероприятие по снижению шума в помещении акусти­ческая облицовка поверхностей ограж­дающих конструкций должна приме­няться в следующих помещениях: в цехах текстильной и трикотажной про­мышленности; в цехах искусственного волокна; в цехах кузнечно-прессовых, проволочно-волочильных, цехах заво­дов по изготовлению железобетонных изделий и других шумных цехах; в помещениях машинописных бюро; в коридорах и холлах школ, больниц, гостиниц, пансионатов и т.п.; в поме­щениях и залах ожидания аэровокза­лов и железнодорожных вокзалов; в спортивных залах и плавательных бас­сейнах; в звукоизолирующих кабинах и боксах.

В настоящее время стандартизиро­вана классификация звукопоглощаю­щих материалов и изделий по вели­чине коэффициента звукопоглощения в определенном диапазоне частот. Ма­териалы и изделия с сС > 0,8 в диа­пазоне низких (63, 125, 250 Гц), сред­них (500, 1000 Гц) и высоких (2000, 4000 и 8000 Гц) частот отнесены к первому классу звукопоглотителей, обеспечивающих максимальное сниже­ние уровня звукового давления. Для второго класса в тех же диапазонах частот величина с(, лежит в преде­лах 0,4—0,8, а для третьего — 0,2— 0,4.

Использование этого основного акустического признака позволило сре­ди многообразия применяющихся сей­час конструкций звукопоглощающих облицовок выделить три основные группы, охватывающие все виды вы­пускаемых в нашей стране изделий и отличающиеся специфическими при­знаками как конструктивного, так и акустического характера.

К первой группе звукопоглощаю­щих элементов, получивших наиболь­шее распространение и названных плоскими, относятся элементы, изго­товленные из материалов полной за­водской готовности (плиты типа "Ак-мигран", ПА/С, ПА/О и др.), а также выполненные в виде съемных кассет из перфорированных (металлических, асбестоцементных, гипсовых) покры­тий со звукопоглощающими слоями из ультратонкого стекло- и базальтового волокна или минераловатных плит различных модификаций. Конструк­тивные элементы этой группы харак­теризуются коэффициентами звуко­поглощения, как правило, не превы­шающими 0,8—0,9, и с учетом огра­ниченности занимаемой ими в помещении площади обеспечиваемый такой облицовкой средний коэффици­ент звукопоглощения в большинстве случаев не превышает 0,5.

Вторую группу звукопоглощающих элементов составляют так называемые объемные звукопоглощающие элемен­ты, отличающиеся повышенным (по сравнению с плоскими элементами) на 50—70% коэффициентом звукопогло­щения за счет дополнительного погло­щения вследствие явлений дифракции звуковых волн и более развитой по­верхности поглощения. Конструкция объемных элементов относительно проста. Каждый элемент состоит из металлического каркаса, обтянутого дюралюминиевой просечно-вытяжной сеткой и заполненного ультратонким

стекловолокном в оболочке из стекло­ткани. Два таких элемента длиной до 3 м, шириной 0,3 м и высотой сече­ния 0,25—0,35 м составляют панель потолка общей площадью около 1,5 м². Относительно небольшая масса панели (до 15 кг) позволяет легко осуществлять ее монтаж даже в усло­виях действующего цеха.

В последнее время разработана конструкция объемного элемента, в которой полностью отказались от кар­каса, использовав для его изготовле­ния самонесущие декоративные мине-

раловатные плиты в декоративной обо­лочке из стеклоткани, стеклохолста или стеклопластика.

Третья группа звукопоглощающих элементов, являющаяся по существу одной из новых форм объемного эле-

мента, два размера которого значи­тельно превосходят третий, была вы­делена в самостоятельную из-за иск­лючительной простоты изготовления и монтажа, экономичности, удовлетво­рительного внешнего вида и высоких огнестойких качеств и получила на­звание элементов кулисного типа. Схемы применяемых плоских звуко­поглощающих конструкций и их час­тотные характеристики показаны на рис. 8.33.

Конструктивно звукопоглощающие элементы кулисного типа существуют в виде двух модификаций. Самонесу­щая конструкция выполняется из по­лужестких минераловатных плит в за­щитной оболочке из стеклоткани. Крепление и подвеска плит к потолку помещения осуществляются с по­мощью несложной проволочной систе­мы крюков, пропущенных через спе­циальную металлическую гильзу, за­прессованную в тело плиты на опре­деленных расстояниях от ее верхней кромки.

Во втором варианте используется сварной металлический каркас, обтя­нутый защитной пленкой или стекло­тканью (иногда перфорированным па-

винолом — той же стеклотканью с на­несенными на нее чередующимися по­лосами пластмассы) и заполненный ультратонким стекловолокном.

Условный коэффициент звукопог­лощения системы поглотителей кулис­ного типа (приведенная к 1 м² повер­хности ограждения величина звукопог­лощения) достигает 2—2,5, т.е. они значительно превосходят по своей эф­фективности элементы первой группы.

Как отмечалось выше, звукопогло­щающие облицовки и штучные погло­тители предназначены для акустиче­ской обработки помещений производ­ственного и общественного назначе­ния. Акустическая обработка проводится в производственных поме­щениях для снижения уровней шума за счет уменьшения интенсивности от­раженных звуковых волн от ограни­чивающих эти помещения плоскостей, а в помещениях зданий общественного назначения — для снижения уровня шума, уменьшения гулкости, улучше­ния разборчивости речи и создания акустического комфорта.

Звукопоглощающие облицовки и штучные поглотители, как правило, применяются в сочетании с другими

средствами ограничения производст­венного шума. Необходимость и тре­буемый объем акустической ообработ-ки помещений следует определять с учетом ранее запроектированных спо­собов борьбы с шумом (звукоизолиру­ющие кожухи, выгородки, экраны).

Эффективность применения аку­стической облицовки в шумных поме­щениях определяется звукопоглощаю­щими свойствами выбранных конст­рукций, способами их размещения, геометрическими размерами помеще­ний и местом расположения источни­ков шума.

Максимально достигаемое сниже­ние уровня шума в зоне отраженного звукового поля (на достаточном уда­лении от источника шума) при аку­стической обработке помещения прак­тически не может превышать 8 дБ по общему уровню, а в отдельных октав-ных полосах частот — 12—15 дБ.

В помещениях вытянутой формы, длина которых более чем в 5 раз пре­восходит высоту, эффективность при­менения акустической облицовки бу­дет больше, чем в аналогичных поме­щениях кубической формы. При раз­мещении акустической облицовки только на потолке она будет эффек­тивно работать при высоте помещения не более 6 м.

Необходимость и целесообразность применения акустической облицовки помещений для снижения уровня шу­ма выявляются акустическим расче­том. Наиболее целесообразно приме­нять акустическую облицовку поме­щений там, где коэффициент зву­копоглощения в октавной полосе с частотой 1000 Гц не превышает 0,15—0,2.

Звукопоглощающие облицовки, как правило, размещают на потолке помещения, а в некоторых случаях и на верхних частях стен. Для достиже­ния максимального поглощения реко­мендуется облицовывать не менее 60% общей площади ограничивающих по­мещение поверхностей. При высоте помещения больше 6 м целесообразно предусматривать такое устройство под­весного потолка, чтобы звукопоглоща­ющая облицовка находилась на мини­мальном удалении от источника шума.

Если стены помещения или пере­крытия запроектированы свегопроз­рачными и площадь свободных повер­хностей недостаточна для размещения плоской звукопоглощающей облицов­ки, рекомендуется применять штучные (объемные) звукопоглотители различ­ных конструкций как самостоятель­ные, так и для акустической отделки помещений. В помещениях с формой, близкой к кубической, звукопоглоща­ющие конструкции следует размещать на потолке и верхних частях стен. В плоских и длинных помещениях зву-

копоглощающие конструкции следует размещать на потолке и двух или трех смежных стенах (или на значительной части стен). При выполнении акусти­ческой облицовки стен целесообразно размещать звукопоглощающие конст­рукции отдельными участками (поло­сами). Ширина участков (полос) с об­лицовкой и без нее должна быть оди­наковой. Звукопоглощающие облицов­ки выполняются чаще всего в виде подвесного потолка. Конструктивные узлы подвесных потолков из плит "Ак-мигран" и жестких минераловатных

плит с декоративным покрытием по­казаны на рис. 8.34.

Широко применяются подвесные потолки из алюминиевых сплавов со звукопоглотителем из минераловатных плит (рис. 8.35).

В зданиях при больших пролетах покрытий и расстояниях между колон­нами более 7—8 м целесообразно не­сущие элементы каркасов кулис вы­полнять в виде гибких нитей из сталь­ных тросов, крепящихся концами к конструкциям здания (рис. 8.36). На концах тросов должны устанавливать­ся натяжные устройства.

8.4. Моделирование шумозащиты и звукоизоляции

Моделирование с использованием за­конов подобия позволяет исследовать на моделях процессы, происходящие в значительных по разме­рам застройках городской территории, помещени­ях, зданиях, ограждающих конструкциях, и найти их оптимальные параметры. По результатам еди­ничного эксперимента можно получить количест­венные данные о процессах и необходимые количе­ственные характеристики для целого класса подо­бных объектов при сходных условиях. В строитель­ной акустике чаще всего моделируются процессы распространения звука в условиях городской за­стройки, в помещениях типа цехов и зрительных залов, а также процессы распространения звука и вибраций в ограждающих и несущих конструкци­ях зданий.

Исследования закономерностей распростра­нения шума в больших помещениях и на террито­риях городской застройки могут проводиться как теоретическим, так и экспериментальным путем. При этом приходится считаться с тем, что расчет­ные формулы, полученные теоретическим путем, зачастую не могут учесть все особенности явлений и обеспечить достаточную точность расчетов. Поэ­тому необходима широкая проверка теоретических положений экспериментальными исследования­ми. Однако и при проведении их в натурных усло­виях часто трудно бывает выделить влияние от­дельных факторов, определяющих закономерно­сти распространения шума. Кроме того, такие исс­ледования обычно бывают трудоемкими и громоздкими.

Для исследования процессов распростране­ния шума весьма полезно использовать методы мо­делирования. Прямое моделирование представля­ет собой замену изучения явления в натуре изуче­нием аналогичного явления на модели меньшего масштаба. Два явления могут считаться подобны­ми, если по заданным характеристикам одного можно получить характеристики другого простым пересчетом, что аналогично переходу от одной си­стемы единиц измерения к другой системе.

Теоретические основы моделирова­ния в настоящее время достаточно хо­рошо разработаны. Найденные соотно­шения позволяют сформулировать ос­новные принципы акустического моде­лирования.

1. Необходимо сохранить геометрические ха­рактеристики области, в которой исследуется про­цесс, в модели и натуре путем сохранения геомет­рического подобия тех частей модели и натуры, в которых существует звуковое поле.

2. В модели и натуре должно быть сохранено отношение размеров к длине звуковых волн. Это оз­начает, ЧТО /нат//нат - /мод^1 мод.

Так как JL нат ^_ Снат//нат и J. мод ~ Смод//мод, где Снат

и Смод — скорости звука в натуре и модели,

то /нат/нат/Снат ⁼ /мод/мод/Смод.

Если модель и натура находятся в одной и той же среде (например, в воздухе при комнатной тем­пературе) , Т.е. Снат - Смод - с, где Снат И Смод — СКО­РОСТИ звука в натуре и модели, то частота звука об­ратно пропорциональна размерам модели. Напри­мер, если модель выполняется в масштабе Г. 10, то при частоте звука в натуре 500 Гц модель нужно ис­пытывать при частоте 5000 Гц.